Orientation dependent deformation by slip and twinning in magnesium during single crystal indentation
Source abstract
Abstract
Abstract We present the orientation dependent indentation response of pure magnesium during single grain indentation. A conical indenter and maximum loads between 50 mN and 900 mN were employed. Indent topographies were acquired by confocal microscopy. The indents were also characterized by electron backscatter orientation microscopy for their microstructures. Pronounced activation of specific twinning systems was observed around the impressions. The resulting data were compiled into the inverse pole figure presentation of indent microstructures and topographies after Zambaldi and Raabe, Acta Mater. (2010). Three-dimensional crystal plasticity finite element simulation of the indentation deformation supports the interpretation of the orientation dependent slip and twinning patterns around the indents. The match between the activation of observed and simulated twinning variants is discussed with respect to the conditions for nucleation and growth of extension twins. Furthermore, the compatibility of the twinning strains with the imposed deformation is discussed based on the expanding cavity model of indentation. The orientation dependent response of magnesium during indentation is compared to the literature data for indentation of alpha-titanium and beryllium. Recommendations are given on how to exploit the characteristic nature of the observed indentation patterns to rapidly assess the relative activity of deformation mechanisms and their critical shear stresses during alloy development.
Source: openaire · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: Magnesium Alloys: Properties and Applications · Metal and Thin Film Mechanics · Aluminum Alloys Composites Properties
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
References (100+)
Show source-provided references
1. Polmear · 2006
2. Agnew · Scripta Mater. · 2010 · 63 · 67110.1016/j.scriptamat.2010.06.029 ↗
3. 2012
4. Hirsch · Acta Mater. · 2013 · 61 · 81810.1016/j.actamat.2012.10.044 ↗
5. Ando · Mater. Sci. Forum · 2000 · 350–351 · 4310.4028/www.scientific.net/MSF.350-351.43 ↗
6. Agnew · Acta Mater. · 2001 · 49 · 427710.1016/S1359-6454(01)00297-X ↗
7. Agnew · Metall. Mater. Trans. A · 2002 · 33 · 85110.1007/s11661-002-0154-x ↗
8. Barnett · Mater. Sci. Eng. A · 2004 · 386 · 20510.1016/S0921-5093(04)00942-6 ↗
9. Bohlen · Acta Mater. · 2007 · 55 · 210110.1016/j.actamat.2006.11.013 ↗
10. Sandlöbes · Acta Mater. · 2011 · 59 · 42910.1016/j.actamat.2010.08.031 ↗
11. Boehlert · Philos. Mag. · 2013 · 93 · 59810.1080/14786435.2012.725954 ↗
12. Sandlöbes · Acta Mater. · 2014 · 70 · 9210.1016/j.actamat.2014.02.011 ↗
13. Wang · Acta Mater. · 2014 · 80 · 7710.1016/j.actamat.2014.07.048 ↗
14. Steinmetz · Acta Mater. · 2013 · 61 · 49410.1016/j.actamat.2012.09.064 ↗
15. Yasi · Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. · 2009 · 17 · 05501210.1088/0965-0393/17/5/055012 ↗
16. Wang · Int. J. Plast. · 2013
17. Syed · Scripta Mater. · 2012 · 67 · 70010.1016/j.scriptamat.2012.06.036 ↗
18. G.S. Kim, Small volume investigation of slip and twinning in magnesium single crystals. Ph.D. thesis, Université de Grenoble, 2011.
19. Wang · Scripta Mater. · 2010 · 63 · 74110.1016/j.scriptamat.2010.01.047 ↗
20. Beyerlein · Philos. Mag. · 2010 · 90 · 216110.1080/14786431003630835 ↗
21. Brunton · Proc. Roy. Soc. London A · 1969 · 309 · 34510.1098/rspa.1969.0046 ↗
22. Glüge · ZAMM · 2010 · 90 · 56510.1002/zamm.200900339 ↗
23. Zhang · J. Mech. Phys. Solids · 2012 · 60 · 94510.1016/j.jmps.2012.01.005 ↗
24. Abdolvand · J. Mech. Phys. Solids · 2013 · 61 · 80310.1016/j.jmps.2012.10.017 ↗
25. Graff · Int. J. Plast. · 2007 · 23 · 195710.1016/j.ijplas.2007.07.009 ↗
26. Mosler · GAMM-Mitteilungen · 2012 · 35 · 4310.1002/gamm.201210004 ↗
27. Wang · Int. J. Plast. · 2013 · 49 · 3610.1016/j.ijplas.2013.02.016 ↗
28. Oppedal · Philos. Mag. · 2013 · 35 · 431110.1080/14786435.2013.827802 ↗
29. Hu · Acta Mater. · 2010 · 58 · 655410.1016/j.actamat.2010.08.020 ↗
30. Clayton · Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. · 2011 · 19 · 08500510.1088/0965-0393/19/8/085005 ↗
31. Clayton · Acta Mater. · 2013 · 61 · 534110.1016/j.actamat.2013.05.023 ↗
32. Levitas · Phys. Rev. B · 2013 · 8810.1103/PhysRevB.88.054113 ↗
33. Máthis · Acta Mater. · 2004 · 52 · 288910.1016/j.actamat.2004.02.034 ↗
34. Balogh · Acta Mater. · 2013 · 61 · 361210.1016/j.actamat.2013.02.048 ↗
35. Lind · Acta Mater. · 2014 · 76 · 21310.1016/j.actamat.2014.04.050 ↗
36. Fernández · Acta Mater. · 2013 · 61 · 767910.1016/j.actamat.2013.09.005 ↗
37. Schmid · Z Elektrochem. Angew. Phys. Chem. · 1931 · 37 · 447
38. Akhtar · Philos. Mag. · 1972 · 25 · 89710.1080/14786437208229311 ↗
39. Kelley · Trans. Metall. Soc. AIME · 1968 · 242 · 5
40. Chapuis · Acta Mater. · 2011 · 59 · 198610.1016/j.actamat.2010.11.064 ↗
41. Al-Samman · Acta Mater. · 2012 · 60 · 53710.1016/j.actamat.2011.10.013 ↗
42. Lilleodden · Scripta Mater. · 2010 · 62 · 53210.1016/j.scriptamat.2009.12.048 ↗
43. Byer · Acta Mater. · 2013 · 61 · 380810.1016/j.actamat.2013.03.019 ↗
44. Wonsiewicz · Trans. Metall. Soc. AIME · 1967 · 239 · 1422
45. Hutchinson · Scripta Mater. · 2010 · 63 · 73710.1016/j.scriptamat.2010.05.047 ↗
46. Tegart · Philos. Mag. · 1964 · 9 · 33910.1080/14786436408229197 ↗
47. Yoo · Metall. Trans. A · 1981 · 12 · 40910.1007/BF02648537 ↗
48. Stohr · Philos. Mag. · 1972 · 25 · 131310.1080/14786437208223856 ↗
49. Jones · Acta Metall. · 1981 · 29 · 95110.1016/0001-6160(81)90049-3 ↗
50. Christian · Progr. Mater. Sci. · 1995 · 39 · 110.1016/0079-6425(94)00007-7 ↗
51. Aydiner · Phys. Rev. B · 2009 · 8010.1103/PhysRevB.80.024113 ↗
52. Barrett · J. Mech. Phys. Solids · 2012 · 60 · 208410.1016/j.jmps.2012.06.015 ↗
53. Yu · Nature · 2010 · 463 · 33510.1038/nature08692 ↗
54. ElKadiri · Acta Mater. · 2013 · 61 · 354910.1016/j.actamat.2013.02.030 ↗
55. Martin · Acta Mater. · 2010 · 58 · 397010.1016/j.actamat.2010.03.027 ↗
56. Jonas · Acta Mater. · 2011 · 59 · 204610.1016/j.actamat.2010.12.005 ↗
57. Mu · Acta Mater. · 2012 · 60 · 204310.1016/j.actamat.2012.01.014 ↗
58. Wang · Acta Mater. · 2012 · 60 · 391210.1016/j.actamat.2012.03.046 ↗
59. Pei · Mater. Sci. Eng. A · 2012 · 550 · 13810.1016/j.msea.2012.04.046 ↗
60. Beyerlein · Proc. Roy. Soc. A · 2010 · 466 · 251710.1098/rspa.2009.0661 ↗
61. Tammann · Z. Metall. · 1926 · 18 · 69
62. Reed-Hill · Acta Metall. · 1957 · 5 · 72810.1016/0001-6160(57)90075-5 ↗
63. Partridge · Acta Metall. · 1964 · 12 · 120510.1016/0001-6160(64)90103-8 ↗
64. Yoo · J. Appl. Phys. · 1967 · 38 · 297410.1063/1.1710035 ↗
65. Tsuya · J. Nucl. Mater. · 1967 · 22 · 14810.1016/0022-3115(67)90024-4 ↗
66. Blish · J. Appl. Phys. · 1968 · 39 · 229010.1063/1.1656546 ↗
67. Cho · Microsc. Microanal. · 2013 · 19 · 810.1017/S1431927613012221 ↗
68. Basu · J. Mater. Res. · 2007 · 22 · 247010.1557/jmr.2007.0305 ↗
69. Basu · J. Appl. Phys. · 2008 · 104
70. Zambaldi · J. Mater. Res. · 2012 · 27 · 35610.1557/jmr.2011.334 ↗
71. Somekawa · Scripta Mater. · 2013 · 68 · 41610.1016/j.scriptamat.2012.11.010 ↗
72. Shin · Scripta Mater. · 2013 · 68 · 48310.1016/j.scriptamat.2012.11.030 ↗
73. Kitahara · Acta Mater. · 2014 · 78 · 29010.1016/j.actamat.2014.06.039 ↗
74. Selvarajou · Acta Mater. · 2014 · 81 · 35810.1016/j.actamat.2014.08.042 ↗
75. Zambaldi · Acta Mater. · 2010 · 58 · 351610.1016/j.actamat.2010.02.025 ↗
76. Wang · Acta Mater. · 2004 · 52 · 222910.1016/j.actamat.2004.01.016 ↗
77. Zaafarani · Acta Mater. · 2006 · 54 · 186310.1016/j.actamat.2005.12.014 ↗
78. Zambaldi · Mater. Sci. Eng. A · 2007 · 454 · 43310.1016/j.msea.2006.11.068 ↗
79. Chang · C. R. Phys. · 2010 · 11 · 28510.1016/j.crhy.2010.07.007 ↗
80. Roters · Acta Mater. · 2010 · 58 · 115210.1016/j.actamat.2009.10.058 ↗
81. Eidel · Acta Mater. · 2011 · 59 · 176110.1016/j.actamat.2010.11.042 ↗
82. D. Mercier, C. Zambaldi, T.R. Bieler, Proc. ICOTOM17 2014; preprint, doi:wv4.
83. Kalidindi · J. Mech. Phys. Solids · 1992 · 40 · 53710.1016/0022-5096(92)80003-9 ↗
84. Roters · Proc. IUTAM · 2012 · 3 · 310.1016/j.piutam.2012.03.001 ↗
85. F. Roters et al. Düsseldorf Advanced MAterials Simulation Kit – DAMASK.mpie.de. 2011.
86. Kalidindi · J. Mech. Phys. Solids · 1998 · 46 · 26710.1016/S0022-5096(97)00051-3 ↗
87. Simmons · 1971
88. Kitware Inc., Paraview (http://paraview.org). 2013.
89. Zambaldi · Intermetallics · 2011 · 19 · 82010.1016/j.intermet.2011.01.012 ↗
90. Serra · Metall. Mater. Trans. A · 2002 · 33 · 80910.1007/s11661-002-0149-7 ↗
91. Sargent · J. Mater. Sci. · 1985 · 20 · 238810.1007/BF00556068 ↗
92. Hill · Proc. R. Soc. Lond. A · 1989 · 423 · 30110.1098/rspa.1989.0056 ↗
93. Hockey · J. Am. Ceram. Soc. · 1971 · 54 · 22310.1111/j.1151-2916.1971.tb12277.x ↗
94. Holden · Philos. Mag. · 1952 · 43 · 97610.1080/14786440908521009 ↗
95. Moore · Acta Metall. · 1955 · 3 · 16310.1016/0001-6160(55)90086-9 ↗
96. Yoshinaga · Trans. JIM · 1963 · 4 · 110.2320/matertrans1960.4.1 ↗
97. W. Poole, G. Nayyeri, C. Sinclair, personal communication, 2014.
98. Zhang · Scripta Mater. · 2012 · 67 · 86210.1016/j.scriptamat.2012.08.012 ↗
99. Ostapovets · Scripta Mater. · 2013 · 69 · 28710.1016/j.scriptamat.2013.04.019 ↗
100. Fischer-Cripps · 2007